Διαχωρισμός πολύ λεπτομερών τεμαχιδίων στείρου από μαγνησίτη με συνδυασμό εκλεκτικής συσσωμάτωσης και μαγνητικού διαχωρισμού

Abstract

The objective of the current research is to investigate the possibility of separating very fine gangue particles from magnesite of similar size.Magnesite tailing from the area of Mantoudi (Euboea) was used throughout the tests, with ultimate goal the production of marketable product.X-ray diffraction (XRD) analysis showed that the major mineral components of the material to be investigated are: magnesite (MgCO3), serpentine in the form of chrysotile [Mg3Si2O5(OH)4], olivine in the form of forsterite (Mg2SiO4) and ilmenite (FeTiO3), while the minor minerals are talc [Mg3Si4O10(OH)2], dolomite [CaMg(CO3)2], sepiolite [Mg4Si6O15(OH)2•6H2O], calcite (CaCO3) and quartz (SiO2).To meet the target, the processing scheme included the following two stages: a) Selective agglomeration of the gangue minerals, some of which have magnetic properties, and b) separation of the agglomerated minerals from the non-agglomerated ones by sedimentation or magnetic separation.Initially, preliminary tests were performed on pure minerals; then, tests were carried out on artificial mixtures of the minerals, and, finally, on the tailing from magnesite processing.In all tests, natural magnesite ore was used. Even in the preliminary tests, the pure minerals or artificial mixtures originated from magnesite natural ore and had been visually separated by hand sorting.Initially, agglomeration tests were performed with sodium oleate using very fine particles of pure magnesite and gangue, which contained chrysotile, ilmenite and forsterite.In these tests, sodium oleate (C17H33COONa) was used as anionic collector; also, dilute solutions of NaOH and HCl were used as pH regulators. The effect of the following parameters was examined: pH, sodium oleate dose, conditioning time and sedimentation time. For each series of tests, only one parameter changed while the rest remained constant.The results of the tests showed that both magnesite and gangue minerals show the same behavior in relation to sodium oleate in the pH range 7-12. Sodium oleate is absorbed on the surface of both components to, approximately, the same degree. This results in the agglomeration of both components (magnesite and gangue) of the same degree and in the absence of selective separation by agglomeration or in combination with another method.Amine agglomeration tests were then performed. The tests were performed first on pure minerals, then on mineral mixtures in certain proportions and, finally, on tailing from magnesite processing.The reagents used were: dodecylamine (C12H25NH2), which is a primary amine with straight hydrocarbon chain and kerosene, while dilute solutions of NaOH and HCl were used as pH regulators. In the tests performed both on pure magnesite and gangue minerals, the parameters examined were the pH and dodecylamine dose. The conditioning and the sedimentation time were maintained constant in all tests, and equal to 180 sec and 60 sec respectively. For each series of tests, only one parameter changed while the rest remained constant. The results of the tests on pure minerals showed that dodecylamine significantly affects gangue minerals, consisting of forsterite, chrysotile, ilmenite and/or talc, while it has zero or very small effect on pure magnesite, depending on pH. Finally, it has an intermediate effect on gangues consisting of magnesite, dolomite and chrysotile. Based on these results, it seems possible to separate magnesite from gangue consisting of forsterite, chrysotile, ilmenite and/or talc.In regard to dodecylamine dose, it has a significant effect on gangue minerals consisting of forsterite, chrysotile, ilmenite and/or talc while it has zero or very small effect on pure magnesite for dose between 500 and 3,000 g/t. It also has an intermediate effect on gangues consisting of magnesite, dolomite and chrysotile. Based on the above results, it appears that the increased amount of dodecylamine has a positive effect on the separation as the weight difference between agglomerated gangues and magnesite broadens.The combination of dodecylamine and kerosene appears to result in an increase of the settled material weight. Kerosene has a greater effect on the gangues than on magnesite. Microscopic observations of the agglomerates, with and without kerosene, show that the structure of gangue agglomerates is significantly affected by the addition of kerosene, as they are larger and are held much stronger than the agglomerates formed with dodecylamine only. In contrast, there is no significant difference by the addition of kerosene in magnesite suspensions.In reference to artificial mineral mixtures, the results of the tests show that there is tendency of materials (magnesite, gangue) separation in the entire pH range between 7 and 11, with magnesite being concentrated, primarily, in the suspensions and the gangue in the agglomerated material, as shown by the products content.In the pH range between 7 and 9, there is a significant increase in MgCO3 content by 10 to 15 units (maximum at pH =7); however, the recovery of magnesite in the suspension is generally low (less than 30%), with the exception at pH = 7 which corresponds to recovery of about 56%.The results of the tests on tailings from magnesite processing were not in complete agreement with the results on synthetic mixtures. In tests on tailings, an increase in MgCO3 content of the suspension was observed only for pH = 9, but with low magnesite recovery. For pH values 7 and 8, no significant change in MgCO3 content was observed in the suspension or the agglomerated product. On the contrary, at pH = 11, the MgCO3 content of the suspended material was much lower than that of the agglomerated material, which suggests that dodecylamine also affects magnesite, resulting in its agglomeration and precipitation.The general conclusion from the tests on tailings is that the aforementioned components (magnesite, gangue) cannot be separated by selective agglomeration and sedimentation using dodecylamine, either due to the agglomeration of both materials or to entrapment of one material in the agglomerates of the other.Based on the results of the aforementioned tests and taking into account that some of the gangue minerals have magnetic properties, attempts were made to separate magnesite from gangue minerals by a combination of selective agglomeration and magnetic separation. The purpose of the tests was to achieve the inclusion of non-magnetic gangue minerals in the magnetic gangue agglomerates, and their susequnet removal by magnetic separation. Tests were performed on pure gangue minerals as well as on magnesite processing tailing (with and without the presence of dodecylamine).From the tests performed on gangue minerals, it was observed that some of the minerals contain a small amount of magnesite (7-14%). In regard to gangue containing magnesite, no difference in the content of the product was observed, possibly due to entrapment, simultaneous agglomeration of magnesite or incomplete liberation of magnesite from the gangue. In contrast, the gangue with magnesite as main component was almost entirely concentrated in the non-magnetic product.The experiments using tailings show that without collector the magnetic separation results in a small increase of MgCO3 content (about 2-5 units), while the addition of dodecylamine significantly improves the content of the non-magnetic product (by 10-13 units) at the basic pH region. Also, the products are marketable as they have MgCO3 content of the order 84% to 91% for dodecylamine dose ranging from 2 to 5 kg per tonne of ore.The originality of this research work in relation to the previous ones lies on the simultaneous, selective and broad agglomeration of all gangue minerals, some of which have magnetic properties. This allows the subsequent separation of the gangue magnetic agglomerates from the fine (non-magnetic) magnesite by applying magnetic separation. The above procedure can be applied to other similar cases, aiming at the separation of very fine, non-magnetic particles from very fine minerals with magnetic properties

Το αντικείμενο της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η διερεύνηση της δυνατότητας διαχωρισμού πολύ λεπτομερών τεμαχιδίων στείρου από μαγνησίτη.Στις δοκιμές χρησιμοποιήθηκε υλικό που προερχόταν από απόρριμμα εμπλουτισμού μαγνησίτη της περιοχής του Μαντουδίου Ευβοίας, με σκοπό την παραγωγή εμπορεύσιμου προϊόντος. Η ορυκτολογική ανάλυση με περίθλαση ακτίνων-Χ- (XRD), έδειξε ότι τα κύρια ορυκτολογικά συστατικά του προς διερεύνηση υλικoύ είναι μαγνησίτης (MgCO3), σερπεντίνης με τη μορφή χρυσοτίλη [Mg3Si2O5(OH)4], ολιβίνης με τη μορφή φορστερίτη (Mg2SiO4) και ιλμενίτης (FeTiO3) ενώ σε μικρή ποσότητα συναντάται τάλκης [Mg3Si4O10(OH)2], δολομίτης [CaMg(CO3)2)], σεπιόλιθος [Mg4Si6O15(OH)2·6H2O], καθώς επίσης και μικρή ποσότητα ασβεστίτη (CaCO3) και χαλαζία (SiO2).Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε περιελάμβανε τα εξής δύο στάδια: α) εκλεκτική συσσωμάτωση των στείρων ορυκτών, κάποια από τα οποία έχουν μαγνητικές ιδιότητες, και β) διαχωρισμό των συσσωματωμάτων από αυτά που δεν έχουν συσσωματωθεί, με καθίζηση ή μαγνητικό διαχωρισμό. Κατ’ αρχήν, έγιναν προκαταρκτικές δοκιμές σε καθαρά ορυκτά, στη συνέχεια σε τεχνητά μίγματα, και τέλος στο απόρριμμα του εμπλουτισμού.Σε όλες τις δοκιμές, χρησιμοποιήθηκε φυσικό μετάλλευμα μαγνησίτη. Ακόμα και στις προκαταρκτικές δοκιμές που χρησιμοποιήθηκαν μεμονωμένα ορυκτά ή τεχνητά μίγματα, αυτά προερχόντουσαν από το φυσικό μετάλλευμα και είχαν διαχωριστεί οπτικά με χειροδιαλογή.Αρχικά πραγματοποιήθηκαν δοκιμές συσσωμάτωσης με ελαϊκό νάτριο σε πολύ λεπτομερή καθαρό μαγνησίτη και στείρο, το οποίο περιείχε χρυσοτίλη, ιλμενίτη και φορστερίτη. Τα αντιδραστήρια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: το ελαϊκό νάτριο (C17H33COONa), ως ανιονικός συλλέκτης, ενώ για τη ρύθμιση του pH χρησιμοποιήθηκαν, κατά περίπτωση, αραιά διαλύματα NaOH και HCl. Στις δοκιμές που έγιναν, οι παράγοντες που εξετάστηκαν ήταν το pH, η ποσότητα του ελαϊκού νατρίου, ο χρόνος προοδοποίησης και ο χρόνος καθίζησης. Για κάθε σειρά δοκιμών μεταβαλλόταν ένας μόνο παράγοντας ενώ οι υπόλοιποι παρέμεναν σταθεροί.Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι τόσο ο μαγνησίτης όσο και τα ορυκτά του στείρου, παρουσιάζουν την ίδια συμπεριφορά σε σχέση με το ελαϊκό νάτριο στην περιοχή pH=7-12. Το ελαϊκό νάτριο προσροφείται στην επιφάνεια και των δυο παραπάνω συστατικών περίπου στον ίδιο βαθμό. Αυτό έχει ως συνέπεια να συσσωματώνονται στον ίδιο περίπου βαθμό και τα δυο συστατικά (μαγνησίτης, στείρο) και να μην υπάρχει δυνατότητα εκλεκτικού διαχωρισμού με συσσωμάτωση ή σε συνδυασμό με άλλη μέθοδο. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές συσσωμάτωσης με αμίνη. Οι δοκιμές έγιναν πρώτα σε καθαρά ορυκτά, στη συνέχεια σε μείγματα ορυκτών σε συγκεκριμένες αναλογίες, και τέλος σε απόρριμμα εργοστασίου εμπλουτισμού.Τα αντιδραστήρια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: δωδεκυλαμίνη (C12H25NH2), η οποία είναι πρωτοταγής αµίνη µε ευθεία υδρογονανθρακική αλυσίδα, και κηροζίνη, ενώ για τη ρύθμιση του pH χρησιμοποιήθηκαν, κατά περίπτωση, αραιά διαλύματα NaOH και HCl. Στις δοκιμές που έγιναν σε καθαρό μαγνησίτη και στείρο, οι παράγοντες που εξετάστηκαν ήταν το pH και η ποσότητα της δωδεκυλαμίνης. Ο χρόνος προοδοποίησης και ο χρόνος καθίζησης διατηρήθηκαν σταθεροί σε όλες τις δοκιμές και ίσοι με 180 sec και 60 sec αντίστοιχα. Για κάθε σειρά δοκιμών μεταβαλλόταν ένας μόνο παράγοντας ενώ οι υπόλοιποι παρέμεναν σταθεροί.Τα αποτελέσματα των δοκιμών στα καθαρά ορυκτά έδειξαν ότι η δωδεκυλαμίνη επιδρά σε σημαντικό βαθμό στα στείρα που αποτελούνται από φορστερίτη, χρυσοτίλη, ιλμενίτη ή/και τάλκη ενώ έχει μηδενική ή πολύ μικρή επίδραση στον καθαρό μαγνησίτη, ανάλογα με το pH. Τέλος, έχει ενδιάμεση επίδραση σε στείρο που αποτελείται από μαγνησίτη, δολομίτη και χρυσοτίλη. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, φαίνεται δυνατός ο διαχωρισμός του μαγνησίτη από στείρο που αποτελείται από φορστερίτη, χρυσοτίλη, ιλμενίτη ή/και τάλκη.Η δωδεκυλαμίνη επιδρά σε σημαντικό βαθμό στα στείρα που αποτελούνται από φορστερίτη, χρυσοτίλη, ιλμενίτη ή/και τάλκη ενώ έχει μηδενική ή μικρή επίδραση στον καθαρό μαγνησίτη για ποσότητες μεταξύ 500 και 3000 g/t. Για τις παραπάνω ποσότητες, έχει ενδιάμεση επίδραση σε στείρο που αποτελείται από μαγνησίτη, δολομίτη και χρυσοτίλη. Με βάση τα παραπάνω αποτελέσματα, φαίνεται ότι η αυξημένη ποσότητα της δωδεκυλαμίνης επιδρά θετικά στον διαχωρισμό, καθώς διευρύνεται η διαφορά μεταξύ βάρους στείρου και βάρους μαγνησίτη που καθιζάνουν ως συσσωματώματα.Ο συνδυασμός δωδεκυλαμίνης και κηροζίνης φαίνεται να έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του βάρους του υλικού που καθιζάνει. Η κηροζίνη παρουσιάζει μεγαλύτερη επίδραση στα στείρα σε σχέση με τον μαγνησίτη. Μικροσκοπικές παρατηρήσεις των συσσωματωμάτων με και χωρίς κηροζίνη, έδειξαν ότι η δομή των συσσωματωμάτων των στείρων, επηρεάζεται σημαντικά από την προσθήκη κηροζίνης, δεδομένου ότι αυτά είναι μεγαλύτερα και συγκρατούνται πολύ πιο ισχυρά σε σχέση με τα συσσωματώματα που σχηματίζονται μόνο με δωδεκυλαμίνη. Αντίθετα, για τον μαγνησίτη δεν παρατηρείται σημαντική διαφορά με ή χωρίς κηροζίνη. Τα αποτελέσματα των δοκιμών σε μείγματα ορυκτών έδειξαν ότι παρατηρείται μια τάση διαχωρισμού των υλικών (μαγνησίτης, στείρο) σε όλη την περιοχή pH μεταξύ 7 και 11, με τον μαγνησίτη να συγκεντρώνεται κατά κύριο λόγο στο αιώρημα και το στείρο στο συσσωματωμένο υλικό, όπως προκύπτει από τις περιεκτικότητες των προϊόντων. Στην περιοχή pH μεταξύ 7 και 9, παρατηρείται σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε MgCO3 κατά 10 με 15 μονάδες (μέγιστη στο pH =7), όμως η ανάκτηση του μαγνησίτη στο αιώρημα, γενικά, κυμαίνεται σε χαμηλές τιμές (μικρότερες από 30%), με εξαίρεση την ανάκτηση σε τιμή pH=7, που είναι περίπου 56%.Tα αποτελέσματα των δοκιμών στο απόρριμμα του εργοστασίου εμπλουτισμού δεν ήταν σε πλήρη συμφωνία με τα αποτελέσματα σε συνθετικά μίγματα. Στις δοκιμές με το απόρριμμα, παρατηρήθηκε αύξηση στην περιεκτικότητα του αιωρήματος σε MgCO3 μόνο για pH=9, αλλά με μικρή ανάκτηση μαγνησίτη. Για τιμές pH 7 και 8, δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφοροποίηση της περιεκτικότητας σε MgCO3 στο αιώρημα ή στο συσσωματωμένο προϊόν. Αντίθετα, σε pH = 11, η περιεκτικότητα του αιωρούμενου υλικού σε MgCO3 ήταν αρκετά μικρότερη από αυτή του συσσωματωμένου, γεγονός που υποδηλώνει ότι η δωδεκυλαμίνη επιδρά και στον μαγνησίτη, με αποτέλεσμα τη συσσωμάτωση και την καθίζησή του. Το γενικό συμπέρασμα από τις παραπάνω δοκιμές είναι ότι τα παραπάνω συστατικά δεν μπορούν να διαχωριστούν με εκλεκτική συσσωμάτωση και καθίζηση με δωδεκυλαμίνη, είτε λόγω ταυτόχρονης συσσωμάτωσης, σε μικρότερο ή μεγαλύτερο βαθμό ανάλογα με την τιμή του pH, και των δυο υλικών (μαγνησίτης, μίγμα στείρων) είτε λόγω παγίδευσης του ενός υλικού στα συσσωματώματα του άλλου. Με βάση τα αποτελέσματα των παραπάνω δοκιμών και λαμβάνοντας υπ’ όψη ότι ορισμένα από τα στείρα ορυκτά έχουν μαγνητικές ιδιότητες, έγιναν προσπάθειες να διαχωριστεί ο μαγνησίτης από τα στείρα ορυκτά με συνδυασμό εκλεκτικής συσσωμάτωσης και μαγνητικού διαχωρισμού. Σκοπός των δοκιμών ήταν να επιτευχθεί εγκλεισμός των μη μαγνητικών στείρων στα μαγνητικά συσσωματώματα και να ακολουθήσει η απομάκρυνσή τους με μαγνητικό διαχωρισμό.Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές σε καθαρά στείρα ορυκτά καθώς και στο απόρριμμα του εργοστασίου εμπλουτισμού (με και χωρίς την παρουσία δωδεκυλαμίνης). Από τις δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στα στείρα ορυκτά, παρατηρήθηκε ότι κάποια από τα ορυκτά περιέχουν μαγνησίτη σε μικρή ποσότητα (7-14%). Στα στείρα που περιέχουν μαγνησίτη δεν παρατηρήθηκε διαφοροποίηση στην περιεκτικότητα των προϊόντων, πιθανόν λόγω εγκλωβισμού, ταυτόχρονης συσσωμάτωσης του μαγνησίτη ή μη πλήρους αποδέσμευσής του από το στείρο. Αντίθετα, στο στείρο με κύριο συστατικό τον μαγνησίτη σχεδόν όλο το βάρος του συγκεντρώθηκε στο μη μαγνητικό προϊόν.Οι δοκιμές σε απόρριμμα του εργοστασίου εμπλουτισμού έδειξαν ότι χωρίς συλλέκτη ο μαγνητικός διαχωρισμός επιφέρει μια μικρή αύξηση της περιεκτικότητας σε MgCO3 (περίπου 2-5 μονάδες), ενώ η προσθήκη δωδεκυλαμίνης βελτιώνει σημαντικά την περιεκτικότητα του μη μαγνητικού προϊόντος (κατά 10-13 μονάδες) στην βασική τιμή του pH. Επίσης, τα προϊόντα που παράγονται είναι εμπορεύσιμα καθώς έχουν περιεκτικότητα σε MgCO3 από 84% έως 91% για ποσότητες δωδεκυλαμίνης από 2 kg/t έως 5 kg/t μεταλλεύματος. Η πρωτοτυπία της παρούσας εργασίας σε σχέση με τις μέχρι τώρα έγκειται στην ταυτόχρονη, εκλεκτική και καθολική συσσωμάτωση των στείρων ορυκτών του μαγνησίτη, ορισμένα από τα οποία έχουν μαγνητικές ιδιότητες. Αυτό το γεγονός επιτρέπει τον επακόλουθο διαχωρισμό των μαγνητικών συσσωματωμάτων των στείρων από τον λεπτομερή (μη μαγνητικό) μαγνησίτη με εφαρμογή μαγνητικού διαχωρισμού. Επίσης, η παραπάνω διαδικασία μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλες παρόμοιες περιπτώσεις διαχωρισμού πολύ λεπτομερών τεμαχιδίων ορυκτών με μαγνητικές ιδιότητες.